DE102004031595A1

DE102004031595A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung

Info

Publication number: DE102004031595A1
Application number: DE200410031595
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2006-02-09
Also published as: EP1763629A1; WO2006003041A1

Abstract

Eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (1) mit einem Einspritzventil (7), dem Kraftstoff unter hohem Druck zuzuführen ist, wobei das Einspritzventil (7) eine von einem Aktor (30) betätigbare Ventilnadel (10) aufweist, deren unterer Endbereich zum Schließen und Freigeben von Einspritzöffnungen (14) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der vorzugsweise als Piezoaktor ausgebildete Aktor (30) mit der Ventilnadel (10) über einen Übersetzer (36) gekoppelt ist, der eine Umkehrung der Bewegungsrichtung bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein mit einem Hochdruckspeicher (Common Rail) zu verbindender Injektor für Kraftstoff mit direkter Nadelsteuerung ist von der Firma Delphi bekannt. Bei der direkten Nadelsteuerung ist bekanntlich eine Steuerkammer, in der der Druck von Kraftstoff durch ein Steuerventil gesteuert wird, nicht vorhanden. Vielmehr wird die Ventilnadel direkt oder indirekt durch einen Aktor betätigt. Der bekannte Injektor wird von einem piezoelektrischen Aktor betätigt, der zu den Zeiten, in denen der Injektor gerade nicht eine Einspritzung vornimmt, bestromt ist (sogenannte inverse Ansteuerung oder Dauerbestromung). Eine solche kann aus verschiedenen Gründen unerwünscht sein.

Vorteile der Erfindung

Bei der Erfindung nach Anspruch 1 ist von Vorteil, dass durch das Vorhandensein eines Übersetzers, der die vom Aktor ausgeführte Bewegung an seinem mit der Ventilnadel gekoppelten Ende umkehrt, die oben genannte Dauerbestromung nicht erforderlich ist. Vielmehr wird der Aktor nur in den Zeiten bestromt, in denen tatsächlich ein Einspritzvorgang erfolgt. Es wird auch ein einfacher Aufbau der Vorrichtung möglich.

Bei der Ausführungsform nach Anspruch 2 ist von Vorteil, dass das Übersetzersystem in den Düsenkörper integriert ist.

Bei der Ausführungsform nach Anspruch 3 ist eine einfache Konstruktion möglich.

Bei der Ausführungsform nach Anspruch 4 sorgt eine Feder in vorteilhafter Weise dafür, dass der Aktorfuß, (das mit dem Injektor gekoppelte Teil des Aktors) und der Übersetzer in ständiger mechanischer Verbindung bleiben.

Gemäß der Ausführungsform nach Anspruch 5 ergibt sich durch eine einteilige Verbindung des Übersetzers mit dem Fuß des Aktors ein besonders einfacher raumsparender Aufbau.

Zeichnung
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung sind in der nicht maßstäblichen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
1 zeigt die wesentlichen Komponenten einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung, und
2 zeigt eine weitere Ausführungsform.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die in 1 nicht maßstäblich gezeigte Einspritzvorrichtung 1 wird im Betrieb von einem Hochdruckspeicher (Common Rail) 3 über eine Hochdruckleitung 5 über Bohrungen 6 mit Kraftstoff unter hohem Druck versorgt. Der Kraftstoff wird dabei Bohrungen 6 der Einspritzvorrichtung 1 zugeführt. Die Einspritzvorrichtung 1 weist ein Einspritzventil 7 auf. Dieses enthält in einem Gehäuse 8 einen mit der Hochdruckleitung 5 verbundenen ringförmigen Raum 9, und in diesem eine Ventilnadel 10. Diese ist teilweise als Vollzylinder ausgebildet und in ihrem unteren Endbereich mit einer kegelstumpfförmigen Druckschulter 11 und mit einer kegelförmigen Spitze 12 versehen. Der Übergang zwischen den Bereichen 11 und 12 bildet eine Dichtkante 13 mit dem Durchmesser d4, mit der die innere Ventilnadel 10 in geschlossenen Zustand an einer gegenüberliegenden Fläche des Gehäuses 8 anliegt.
Im Gehäuse 8 des Einspritzventils 7 ist oberhalb der eigentlichen Ventilnadel 10 ein Raum 35 mit rundem Querschnitt vorhanden, in dem ein hydraulischer Übersetzer 36 oder Wandler angeordnet ist. Der Übersetzer 36 ist in das Einspritzventil 7 integriert. Der Übersetzer 36 weist einen äußeren Kolben 39 auf, der mit dem Aktor 30 durch eine Stange 31 verbunden ist, sowie einen inneren Kolben 40, der mit der Ventilnadel 10 starr verbunden ist. Der äußere Kolben 39 gleitet in einer Dichthülse 42, die durch eine Feder 47 gegen eine gerätefeste Fläche 43 einer das Einspritzventil an seinem oberen Ende schließende Platte 48 gedrückt wird. Die Bohrungen 6 in der Platte 48 leiten den Kraftstoff von der Hochdruckleitung 5 über den Raum 35 in den Raum 9. Das obere Ende der Dichthülse 42 ist bei 44 konisch nach oben hin verjüngt und bildet eine Beißkante, die gegenüber der Platte 48 eine Abdichtung bewirkt. Somit schließt die Dichthülse 42 zusammen mit der Platte 48 einen Arbeitsraum 52 ein. Dieser ist durch mindestens eine Bohrung, im Beispiel mehrere Bohrungen 54; die den Boden des etwa topfförmigen äußeren Kolbens 39 durchdringen, mit einem inneren Arbeitsraum 56 verbunden, der durch die Innenflächen des äußeren Kolbens 39 und durch die obere Endfläche des inneren Kolbens 40 definiert ist. Die Summe der Volumina der Arbeitsräume 52 und 56 ist praktisch unveränderlich, abgesehen z. B. von einem automatischen Längenausgleich des Übersetzers. Der Strömungswiderstand der Bohrungen 54 ist insgesamt klein genug, um einen schnellen Druckausgleich zwischen den Arbeitsräumen 52 und 56 zu ermöglichen, so dass keine unerwünschte Verzögerung des Öffnungsvorgangs der Ventilnadel 10 eintritt.
Die obere Arbeitsfläche des äußeren Kolbens 39 ist durch den Außendurchmessers d2 des äußeren Kolbens 39 und den Durchmesser d1 der Stange 31 definiert. Diese Arbeitsfläche ist größer als die obere Endfläche des inneren Kolbens 40 mit dem Durchmesser d3. Der Durchmesser d4 ist kleiner als d3, damit an der Druckschulter 11 eine die Ventilnadel anhebende Kraft entsteht.
Wenn der Aktor 30 bestromt wird und somit der äußere Kolben 39 in der Darstellung der 1 nach unten bewegt wird, bewegt sich der innere Kolben 40 nach oben und bewirkt bei Betrieb der Vorrichtung einen Einspritzvorgang. Das Einspritzventil öffnet durch Absenken des Drucks in den Arbeitsräumen 52 und 56. Wenn der Aktor 30 nicht bestromt ist, ist das Einspritzventil 7 geschlossen.
Das untere Ende der Feder 47 stützt sich auf einer Fläche 49 der Ventilnadel 10 ab. Dadurch wird das Einspritzventil in die Schließrichtung vorgespannt.
Die Arbeitsräume 52 und 56 sind im Betrieb ständig mit Kraftstoff gefüllt, der durch nicht gezeigte Führungsspalte zwischen der Dichthülse 42 und dem Kolben 39 sowie zwischen dem Kolben 39 und dem inneren Kolben 40 gelangt. In bekannter Weise sind diese Führungsspalte jedoch eng genug, um die Übersetzerwirkung nicht zu beeinträchtigen.
Der im Inneren des Raums 35 bei Betrieb der Vorrichtung herrschende Druck wirkt auch auf die untere ringförmige Fläche des äußeren Kolbens 39, die durch den Außendurchmesser des Kolbens 39 und durch den Außendurchmesser des Kolbens 40 begrenzt wird.
Der Aktor 30 ist im Beispiel ein Piezoaktor, der nur im bestromten Zustand auf die Schubstange 31 eine nach unten gerichtete Kraft ausübt. Bei stromlosem Aktor 30 ist das Einspritzventil geschlossen.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind nachfolgend lediglich die Unterschiede gegenüber dem erstgenannten Ausführungsbeispiel erläutert. Es sind für in der Funktion übereinstimmende, wenn auch im Einzelnen abweichend gestaltete Elemente Bezugszeichen gewählt, die um 100 größer sind, als in 1. Sofern die Teile weitestgehend übereinstimmen, sind die selben Bezugszeichen verwendet wie in 1.
Der äußere Kolben 139 ist hier mit der Ventilnadel 110 starr verbunden, und der innere Kolben 140 ist mit der Stange 131 starr verbunden. Die Feder 143 drückt die Dichthülse 142 nach oben gegen die gerätefeste Fläche 153 und drückt gleichzeitig die Ventilnadel 110 in Richtung Schließstellung. Es ist eine zusätzliche Feder 146 vorgesehen, die den inneren Kolben 140 nach oben drückt und die Ventilnadel 110 über deren Fläche 147 nach unten drückt. Die Feder 146 sorgt dafür, dass das untere Ende (der Fuß) des Aktors 130, der ein Piezoaktor ist, stets in Kontakt mit dem oberen Ende der Stange 131 bleibt. Vorteilhaft ist bei einer anderen Konstruktion der Fuß des Aktors mit der Stange 131 fest verbunden. Eine den Aktor 130 umgebende Zugfeder belastet den Aktor auf Druck, damit der Aktor niemals auf Zug beansprucht wird. Durch mindestens eine Bohrung 148 in dem oberen, im Wesentlichen den äußeren Kolben 139 bildenden Teil der Ventilnadelanordnung besteht eine Verbindung zwischen dem Raum 135 im Gehäuse 103, der den Wandler 136 (gebildet im Wesentlichen durch den inneren und äußeren Kolben und die Dichthülse 142) aufnimmt, und der Unterseite des inneren Kolbens 140, an der somit der hohe Kraftstoffdruck (CR-Druck) herrscht.
Wenn bei Bestromung des Piezoaktors 130 der Raum 152 dazu tendiert, sich zu vergrößern, so wird diese Vergrößerung dadurch ausgeglichen, dass der äußere Kolben 139 sich nach oben bewegt und dadurch das Einspritzventil öffnet. Die nach oben weisende Ringfläche des äußeren Kolbens 139 ist kleiner als die radial außerhalb der Stange 131 liegende Ringfläche der nach oben weisenden Seite des Kolbens 140; daher wird die Bewegung der Stange 131 auf die Ventilnadel 110 mit einer Geschwindigkeits- und Wegübersetzung (Übersetzung = Vergrößerung) übertragen, aber in umgekehrter Richtung. Bei dieser Ausführungsform ist lediglich ein einziger Arbeitsraum vorhanden, und es sind somit auch keine den Bohrungen 54 der 1 ähnliche Bohrungen vorhanden.
Der Aktor 130 ist in die Kraftstoff-Zuführung eingefügt und hierzu von einem angedeuteten Gehäuseteil 160 umgeben, das über die Hochdruckleitung 5 mit dem Druckspeicher 3 verbunden ist und den Kraftstoff über die Bohrungen 6 und den Raum 135 in den Raum 9 leitet. Dadurch wird Leckage an der Stange 131 verhindert.
Bei einer Variante der 1 ist statt der dort gezeigten Kraftstoffzuführung eine der 2 gleiche Kraftstoffzuführung vorgesehen.

Claims

Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (1, 101) mit einem Einspritzventil (7, 107), dem Kraftstoff unter hohem Druck zuzuführen ist, wobei das Einspritzventil (7, 107) eine von einem Aktor (30, 130) betätigbare Ventilnadel (10, 110) aufweist, deren unterer Endbereich zum Schließen und Freigegeben von Einspritzöffnungen (14) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der vorzugsweise als Piezoaktor ausgebildete Aktor (30, 130) mit der Ventilnadel (10, 110) über einen Übersetzer (36, 136) gekoppelt ist, der eine Umkehrung der Bewegungsrichtung bewirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Übersetzer (36, 136) in einem Gehäuse (8, 108) des Einspritzventils (7, 107) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Übersetzer einen radial äußeren Kolben (39, 139) aufweist, der eine Bohrung enthält, in der ein innerer Kolben gleitet, dass der äußere Kolben gegenüber einer in der Vorrichtung festen Fläche (53, 153) zusammen mit einer den äußeren Kolben umgebenden Dichthülse (42, 142) einen Übersetzerraum begrenzt, und dass die von den Einspritzöffnungen (14) abgewandte Fläche des inneren Kolbens (40, 140) mit dem Übersetzerraum in Kontakt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feder (146) zum Anpressen einer den Aktor (130) mit dem Übersetzer koppelnden Stange (131) an den Aktor vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor mit dem Übersetzer fest verbunden ist.